利用纳米磁流体作为磁流变液的基础载液是提高磁流变效应的有效手段。然而,高稳定纳米复合磁流变液的制备仍然是一大难题,包括纳米磁流体的制备与复合颗粒的团聚问题。研究以硅烷偶联剂KH550为分散剂,制备了Fe₃O₄硅油基纳米磁流体,并通过分散剂共包覆工艺得到了新型纳米复合磁流变液。利用XRD、FI-IR、TEM、FE-SEM、VSM等手段对表面形貌、物相构成和磁性能进行了表征分析。研究了新型纳米复合磁流变液沉降稳定性和再分散性。结果表明,微米级颗粒的表面改性明显改善了纳米复合磁流变液的稳定性与再分散性,当纳米颗粒体积分数为8%时,沉降稳定性和再分散性达到最佳;新型纳米复合磁流变液表现出更佳的耐温性能,可在-40~120 ℃的温度范围内长期稳定。研究了新型纳米复合磁流变液的流变特性。结果表明,与传统磁流变液相比,纳米复合磁流变液表现出更高的离态粘度和磁流变效应,静态屈服应力和动态屈服应力均随纳米颗粒浓度和磁场强度的增大而增大。

为研究温度对铁基形状记忆合金(Fe-SMA)回复应力的影响与力学特性,开展了Fe-SMA温度相关力学性能实验及其影响规律研究。首先,通过预拉伸、激活实验研究了不同激活温度对Fe-SMA棒材回复应力的影响规律,并在实验研究的基础上,建立了Fe-SMA回复应力-温度的经验本构模型;其次,进行二次加热实验研究了不同激活温度、附加荷载和暴露温度对Fe-SMA棒材回复应力的影响;最后,通过高温后的Fe-SMA棒材单调拉伸实验,研究其高温后的力学性能。研究结果表明,建立的Fe-SMA回复应力-温度的模型,可以有效地模拟Fe-SMA的回复应力与温度的关系;在二次加热过程中,当激活温度低于200 ℃时,Fe-SMA具有较高的应力保持比。Fe-SMA棒材的应力损失随着附加荷载和暴露温度的增加有所增大;在经历高温后,剩余的形状记忆效应使得Fe-SMA棒材的应力高于初始应力,并且其弹性模量和极限强度保持相对稳定,而屈服强度随着暴露温度的升高而略微增加。该研究可为Fe-SMA构件的抗火设计与应用提供参考依据。

磁流变液作为一种兼具磁性和流动性的智能流体,已在众多领域得到广泛应用。双分散磁流变液具有极佳的沉降稳定性、再分散能力和磁流变特性,是未来磁流变液最由前途的发展方向之一。结合近年来研究进展,重点介绍了双分散磁流变液的稳定化机制,并基于微观结构演变、实验影响因素和本构力学模型对双分散磁流变液磁流变特性进行了综述。最后,对双分散磁流变液的工业应用提出展望。

为提升磁流变液沉降稳定性的研究效率,改善只能通过实验检测磁流变液沉降性能的现状,本文通过动力学方法模拟磁性颗粒的微观力学模型,提出了无磁场条件下的磁流变液沉降模拟方法,并以基于电感的沉降检测实验验证了模拟方法的有效性。磁流变液的沉降过程是在无磁场环境下进行的,因此,文章在磁场条件下磁流变液微观力学模型的基础上,引入布朗力与范德华力的作用,去除了磁场对磁性颗粒的影响,并提出了考虑布朗力与范德华力的磁流变液沉降模拟方法;将磁流变液的各项参数代入到前文提出的磁流变液沉降模拟方法中,并与基于电感的磁流变液沉降检测实验数据进行对比,以验证所提方法的有效性。结果表明,引入布朗力与范德华力的磁流变液沉降模拟方法可以较为准确地预测磁流变液的沉降速率,有效解决当前磁流变液沉降稳定性研究耗时较长的缺点。

通过控制水热合成条件,实现了对In₂O₃气敏材料的形貌调控,定向制备出了零维到三维形貌结构(纳米颗粒、纳米棒、纳米片和微球)的In₂O₃,采用多种方法对样品的形貌结构及化学性质进行了表征分析,并对其NO₂气敏性能进行了系统性的研究。气敏测试结果表明,通过对In₂O₃的形貌调控,大幅提高了其对NO₂的气敏性能。其中,具有最大比表面积和最多化学吸附氧的In₂O₃微球对NO₂表现出了最优的气敏性能,在100 ℃下,对5.0×10^-6 NO₂的响应值为695,对NO₂的检测限低至0.2×10^-6,同时其对NO₂响应具有优异的选择性和稳定性。最后,探讨了In₂O₃的形貌调控对NO₂气敏性能的影响机制。

传统的NiTi合金具有超弹性、形状记忆效应及优异的生物相容性在众多领域都有广泛应用,例如:在生物医用领域被制备成口腔正畸弓丝和血管支架。但生物医用器材需要精密化及小型化,传统NiTi合金已经跟不上发展,经过严重塑性变形的纳米晶NiTi合金比传统的粗晶和超细晶NiTi合金拥有更好的拉伸、抗压强度、塑性和疲劳性能等性能。有望扩大在生物医用领域的应用范围。纳米晶NiTi合金可以用于新型医疗器械制造和骨科生物材料,与Ag组合成NiTiAg三元合金不仅力学性能优异,还附带抗菌效果;与W纳米线/带复合形成W-NiTi复合材料提高辐射不透明度,使器械和植入物在人体内的定位和部署更加简单。近年来,还有一种新型表面改性技术:超声波纳米晶表面改性,在NiTi合金表面产生纳米结晶以改善疲劳和耐腐蚀性能等。主要介绍现有的NiTi合金的应用以及纳米晶NiTi合金在生物医用领域的应用展望。

为了给富镍Ti-Ni形状记忆合金热处理工艺的优化提供依据,以Ti-50.8Ni合金丝为对象,用光学显微镜、透射电子显微镜和示差扫描量热仪研究了退火和时效工艺对富镍Ti-Ni合金显微组织、相变类型、相变温度和相变热滞的影响规律。Ti-50.8Ni合金丝经350~800 ℃+5~120 min退火处理后,随退火温度和时间增加,合金发生回复、再结晶和晶粒长大过程,再结晶温度在600 ℃左右,显微组织形态由纤维状向等轴状变化;冷却/加热相变类型由B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型向B2→B19′/B19′→B2型转变(B2-母相,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;B19′-马氏体相,单斜结构);R相变温度θ_R先升后降,极大值35.2 ℃在400 ℃退火态合金中取得;马氏体(M)相变温度θ_M升高,M相变热滞Δθ_M降低,R相变热滞Δθ_R约为4 ℃。该合金经300~500 ℃+0.5~50 h 时效处理后,随时效温度和时间增加,合金中Ti₃Ni₄析出物形貌由细小颗粒状→针状→粗片状变化;300 ℃和500 ℃时效态合金的相变类型分别为B2→R→B19′/B19′→R→B2和B2→R→B19′/B19′→B2,400 ℃时效态合金的相变类型由B2→R→B19′/B19′→R→B2型向B2→R→B19′/B19′→B2型转变;θ_R300、θ_R400、θ_R500、θ_M300和θ_M500升高;θ_M400先降后升,极小值-121.4 ℃在400 ℃+1 h时效态合金中取得;Δθ_M300和Δθ_M400先升后降,极大值70.5 ℃和129.4 ℃分别在300 ℃+5 h和400 ℃+1 h时效态合金中取得;Δθ_M500降低,Δθ_R300和Δθ_R400约为4 ℃。

磁流变液凭其灵活、可控、稳定的特点成为应用最广的智能材料,磁流变液的稳定性对磁流变液功能的实现具有非常重要的意义。对磁流变液在机械传动、精密加工、医学、土木工程等领域的应用及其原理进行综述,总结对比了多种磁流变液沉降稳定性的检测方法。重点介绍磁流变液沉降稳定性的影响因素,通过总结不同类型添加剂的作用机理,从沉降率的角度对比分析了添加剂对磁流变液沉降稳定性的影响。同时指出改变磁性颗粒的结构、形成低密度复合材料主要是通过增大磁性颗粒与基载液之间的摩擦力和减小磁性颗粒和基载液之间的密度差来改善磁流变液的沉降性能。最后对磁流变液的发展趋势进行预测。

4D打印技术是一种可变特性快速成型技术,主要以 3D 打印为基础,使用智能材料对所需物体进行增材制造,成型固件可在外界环境的刺激下,就其形状、结构或功能发生时间维度上的改变。该技术被提出以来,便受到广大学者的关注。随着对4D打印技术研究的不断深入,该技术在学科交叉融合中发挥着显著优势。首先对4D打印中的形状记忆智能材料的研究现状进行综述,其次阐述了基于形状记忆智能材料的4D打印技术在医疗,仿生,军事以及生活产品制造领域的应用研究,最后展望了4D打印形状记忆智能材料在未来发展中的潜在应用及挑战。

4D打印形状记忆聚合物是在3D打印的基础上,物体形状可随时间改变的智能材料。利用聚酯丙烯酸酯改善丙烯酸酯基形状记忆聚合物的形状记忆性能,制备了聚酯丙烯酸酯/环氧丙烯酸酯形状记忆聚合物打印样品,系统地研究了预聚物比例以及稀释剂添加量对形状记忆性能和机械性能的影响。结果表明,聚酯丙烯酸酯/双酚A型环氧丙烯酸酯为1∶2时,拉伸强度最高达到30.5 MPa,杨氏模量为286.38 MPa。当预聚物比例为1∶2,稀释剂质量分数为50％(质量分数)时,在14次折叠水浴实验中,形状记忆聚合物的形状恢复率稳定保持在99.3%～99.8％;在85 ℃水浴温度中,4D打印样品4 s就可以恢复到180°,具有良好的形状记忆性能。

Cl₂作为消毒剂重要的工业原料,在当前疫情肆虐的情况下其需求量日益增大,而Cl₂是一种有毒气体,常见的金属氧化物半导体气敏材料对低浓度Cl₂响应低,因此开发对微量泄露灵敏的Cl₂传感材料具有重要意义。采用一种简便的NaBH₄还原方法,对脱脂棉模板法合成的In₂O₃微管材料进行处理,在室温条件下成功制备了具有丰富氧空位浓度的In₂O₃微管材料。利用XRD、SEM、XPS和EPR表征手段,考察了该方法对其晶体结构、微观形貌和氧空位的影响,结果表明,该方法只提高In₂O₃材料中的氧空位浓度而不对晶体结构和微观形貌产生影响。由气敏性能测试结果可知,NaBH₄处理后的In₂O₃微管比未处理的In₂O₃微管对相同低浓度Cl₂的响应值提高了约13倍。由此可见,表面氧空位对Cl₂气敏性能起着重要作用。通过气敏机理分析,Cl₂主要是直接吸附于材料表面和吸附在材料表面的氧空位上。由于NaBH₄处理后In₂O₃微管比未处理的In₂O₃微管氧空位多,因此富氧空位的In₂O₃微管对低浓度Cl₂表现出了优异的灵敏度。

为了开发性能稳定的窄热滞Ti-Ni基形状记忆合金,设计制作了Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr(原子分数)形状记忆合金丝,用示差扫描热分析仪和微机控制电子万能试验机研究了退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的马氏体相变和形状记忆行为,探讨了形变温度对该合金形状记忆行为的影响。结果表明,350~700 ℃/0.5 h退火态和300~600 ℃/1~50 h时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金冷却/加热时皆发生A→M/M→A(A-母相B2,CsCl型结构;M-马氏体B19′, 单斜结构)一步马氏体可逆相变,马氏体相变温度比较稳定,在14~21 ℃之间变化;相变热滞较窄,在17~21 ℃之间变化。室温下,退火态和时效态Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金皆呈形状记忆效应,且形状记忆行为稳定。随变形温度升高,Ti-45Ni-5Cu-0.3Cr合金的应力应变平台应力增加,残余应变减少,合金特性由形状记忆效应转变为超弹性,转变温度在50~60 ℃之间。

形状记忆合金是一种能在温度和压力作用下产生相变的金属智能材料,在交通运输、航空航天、生物医学等许多领域正在得到日益广泛的应用。随着先进工程技术对金属结构材料智能化、功能多样化等要求的不断提高,传统机械传动结构显现出稳定性差、结构复杂等弊端愈发难以满足现阶段的需求,形状记忆合金凭借自身优异的力学性能引起人们的极大关注,迫切需要对其多领域应用展开分析以促进学科交叉与融合。综述了形状记忆合金在汽车工业、航空航天、生物医学以及建筑领域的国内外应用前沿,分析了形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、生物相容性、弹热效应等基本特性的研究进展,探讨了形状记忆合金研究目前存在不足以及未来应用前景和发展方向。

实验选取非自耗真空电弧炉熔炼合金锭,并对合金的相结构及磁致伸缩性能进行研究。研究结果表明,在Fe-Ga合金中掺入Al元素来替代Ga元素的占位后,Fe₈₁Ga_19-xAl_x合金仍然以A2相为主,其基本结构为α-Fe体心立方结构,晶粒由之前细长的不规则多边形变为长条状的柱状晶,并且柱状晶的取向性显著增强;当x=3.5时合金的饱和磁致伸缩值为202×10^-6,约为x=0时的4倍。磁致伸缩性能的提高主要归因于掺Al后Fe-Ga合金的A2相沿[100]的择优取向以及Al原子进入Fe-Ga合金晶格引起的晶格畸变。

采用超音速火焰喷涂方法制备Fe-Ga磁致伸缩涂层作为磁致伸缩导波传感器的敏感性元件。研究300 ～700 ℃不同热处理温度对Fe-Ga涂层质量的影响,采用SEM、XRD和磁致伸缩测试仪研究热处理过程中涂层的微观组织和性能变化。结果表明,退火过程中,Fe-Ga涂层保持单一的A2相结构,300～600 ℃温度范围内颗粒中的变形晶粒逐渐发生了回复再结晶,到700 ℃发生完全的回复再结晶;磁致伸缩性能随热处理温度的升高而升高,对应地饱和磁场逐渐降低,700 ℃退火后磁致伸缩达46×10^-6。研究表明,适当的退火处理工艺可以改善磁致伸缩性能,对制备高效换能材料具有一定的指导意义。

MXene是一种新型二维过渡金属碳化物/氮化物。作为二维材料,MXene具有大的比表面积和丰富的表面官能团,表面容易吸附气体分子,且吸附的气体分子会影响材料的导电性能。因此,MXene可以用来作为新型气敏材料。从理论到实验的角度综述各种MXene(Ti₃C₂ MXene、V₂C MXene、Mo₂C MXene等)的气敏性能以及气敏应用,归纳不同MXenes对气体的响应特性,分析MXene的气敏机理,总结MXene作为气敏材料的优势和缺点,展望MXene在气体传感器领域的未来应用前景。

以纯Fe和Ga金属为原料,采用气雾化法制备粒径为10~150 μm的Fe-Ga磁致伸缩合金粉末,通过超音速火焰喷涂技术沉积Fe-Ga合金涂层。采用SEM、XRD、纳米压痕仪、拉伸试验机和磁致伸缩测试仪表征粉末和涂层的形貌、组织结构和性能。研究结果表明,气雾化粉末具有单一的α-Fe相,粉末球形度高。选择粒径为30~60 μm的Fe-Ga粉末作为超音速火焰喷涂的原料,制备的涂层具有典型的层状结构,结合致密,局部区域出现孔洞,平均孔隙率小于1.2％。不同厚度涂层仍保持α-Fe相结构,但存在衍射峰的偏移,无其他新相形成;涂层硬度分布均匀,平均硬度高于4.5 GPa,基材与涂层之间结合较好,结合强度高于70 MPa;400 μm厚Fe-Ga涂层的磁致伸缩系数为3.0×10^-5,验证了采用超音速火焰喷涂技术在被检测试件上沉积磁致伸缩涂层方法的可行性,有望解决磁致伸缩导波长期在线监测难的问题。

4D打印是一种基于刺激响应材料的增材制造技术。4D打印主要以3D打印为基础,但被制造的物体不再是静态,在外界刺激下,打印对象的形状、属性或功能具有随时间变化的特性,如热、光、磁、电、pH等。基于4D打印的刺激响应形状记忆材料(SMMs)具有制造工艺简单、变形能力大和刺激形式多样等优点。综述了4D打印形状记忆合金(SMAs),形状记忆聚合物(SMPs),形状记忆水凝胶(SMHs)的研究进展。同时,讨论了4D打印技术存在的问题及其应用前景。

光学气敏效应是材料表面与探测气体的相互作用引起材料光学性质变化,从而探测到气体含量,是一种高灵敏度、可靠的检测气体含量的方法。金属氧化物半导体由于禁带附近的电子性质活跃,常被作为光学气敏材料。甲醛(HCHO)是一种房间装修过程中常见的室内空气污染物,是室内气体环境主要污染源。本文通过在金红石型TiO₂(110)表面分别掺杂C、Ru和共掺C/Ru元素,分析表面吸附甲醛分子的光学气敏性质变化的原因,发现杂质元素的2p和4d电子协同作用,使材料气敏特性显著提高。利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,分析材料表面结构、态密度、电荷布居、光学性质以及选择性。研究发现,在HCHO气体环境下,杂质元素增强了金红石表面的氧化性,而C/Ru共掺杂的体系表面光学气敏效应最显著。C/Ru共掺杂使材料表面有更佳的光学气敏传感特性,对低浓度HCHO的灵敏探测是一种有效的探测方法。

气敏传感器技术的发展对于人类社会发展具有积极的作用。近年来的研究显示,原子级分散的材料具有超高的活性、独特的电子结构和量子尺寸效应等,故将某些单原子负载在一定的气敏材料上,将会显著提高气敏材料的气敏性能。本文综述了近些年来国内外单原子材料的制备和表征技术及其在气敏传感器中的研究进展,分析了单原子材料的性能优势、单原子负载策略、分析方法、气敏性能、气敏机理等,同时探讨了存在的问题以及单原子材料气敏传感器在未来的发展趋势,最后对单原子材料在气敏传感器中的应用发展提出了相关的一些看法。

基液是影响磁流变液性能的重要因素。与传统基液相比,离子液体的粘度适中、具有极性,能够作为制备新型磁流变液的基液。选用1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为基液,以羰基铁粉为分散相颗粒,制备颗粒体积分数为20%的磁流变液,并与传统硅油基磁流变液进行性能对比。流变学测试结果表明,在436 kA/m下离子液体基磁流变液的最高剪切屈服应力相较硅油基磁流变液提高了29%,离子液体基磁流变液具有更显著的磁流变效应。

近年来,形状记忆材料因其刺激响应性在纺织、航空航天、生物医疗等领域备受关注。在此,采用碱/尿素水溶液作为共溶剂,环氧氯丙烷作为交联剂,制备出具有水、热刺激形状记忆性能的纤维素/琼脂糖复合膜。该膜显示出良好的透明度和力学性能,透光率超过90%,干强和湿强可达132和5.4 MPa。同时,该膜在水刺激下的固定率(R_f)和回复率(R_r)分别达95%和84%以上,热刺激下的R_f和R_r分别达58%和85%以上,表现出较好的形状记忆效果。机理分析表明:氢键的断裂和形成导致复合膜具有水刺激形状记忆行为,琼脂糖结晶的破坏与形成是复合膜具有热刺激形状记忆行为的关键。

丙酮被广泛应用于工业和实验室,对丙酮浓度的检测十分重要。ZnFe₂O₄是一种尖晶石型三元金属氧化物,气敏性能优良,可广泛应用于气体传感器。本文采用简单的一步水热法制备了球状的ZnFe₂O₄气敏材料。通过XRD、XPS、SEM、TEM、N₂吸附-解析仪对材料的形貌结构、化学组成、比表面积等进行分析,并以丙酮为目标气体对其气敏性能进行了综合研究。结果表明,ZnFe₂O₄纳米球是由纳米粒子自组装而成,有较大的比表面积;该ZnFe₂O₄基气体传感器在最佳工作温度150 ℃下对丙酮的灵敏度为65.74,并具有出色的选择性、稳定性、重复性,但随着湿度的增加其气敏性能逐渐降低。

研究通过在聚乙酸乙烯酯(PVAc)乳胶粒表面构建形貌可控的聚苯乙烯(PS)壳层“突起”结构,并以其作为PVAc形状记忆效应中的可观测“网点”,实现了大形变量、高恢复率PVAc基形状记忆聚合物的制备。通过采用丙烯腈(AN)为接枝单体,制备了以PVAc为核、PS为壳的PVAc基核/壳结构乳胶粒(PVAc-AN/PS),首次实现了规整形貌乳胶粒表面可观测“网点”的构建与调控。通过扫描电子显微镜与透射电子显微镜表征了PVAc-AN/PS乳胶粒的形貌,并考察了乳胶粒形貌随壳层St添加量的变化而发生的衍化过程。采用单轴拉伸形状记忆循环实验研究了PVAc-AN/PS乳胶膜的形状记忆效应,并通过调控壳层St的添加量有效改善了PVAc-AN/PS乳胶膜的形状恢复率。实验结果表明,PVAc-AN/PS核/壳乳胶膜形变尺寸高达1500%以上,同时形状恢复率可达85%以上,这为拓宽形状记忆聚合物中“网点”的设计范畴及调控形状记忆性能提供了新途径。

以废旧锂离子电池为原料,采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧的方法制备出锌锆离子共取代的钴铁氧体,并对所制备样品的结构、形貌、磁性能和磁致伸缩性能进行探究。结果表明,锌锆离子共取代的钴铁氧体具有尖晶石结构,形貌与纯钴铁氧体比较发生了变化。随着锌锆离子取代量的增加,样品的饱和磁化强度、最大磁致伸缩系数和最大应变导数整体呈现先增加后减小的趋势。在取代量为x=0.050时,样品在较低的磁场强度下取得的饱和磁化强度和最大应变导数分别是87.56 Am²/kg和-1.81×10^-9 A^-1m,这有利于铁氧体磁致伸缩材料在压力传感器和制动器方面的应用。

试验研究了4种直径形状记忆合金棒材的力学性能,分析了热处理工艺、循环加卸载次数、应变幅值对棒材力学特性的影响,探讨了残余应变、单循环耗能、割线刚度和等效阻尼比等力学特征参数随循环次数和应变幅值的变化规律。研究结果表明,对于直径14 mm棒材,选择400 ℃保温15 min的热处理方案时相变应力最高;循环5次后,材料的各项力学性能基本稳定,在工程应用时应该予以考虑。试验的结果为大直径SMA棒材应用于自复位结构提供了依据。

挥发性有机胺类物质有毒有害,对生态环境和公共健康安全易造成严重影响,实现有机胺的快速检测对于环境污染防治、食品安全监测乃至医疗诊断都具有重要意义。基于二氧化锡半导体气敏材料在检测有机胺中的应用研究进展,现将最近报道的金属氧化物、金属硫化物、碳材料和有机聚合物与二氧化锡形成异质结及对有机胺气敏性能影响的研究工作进行了总结归纳,并对其它二氧化锡异质结材料及其在气敏领域应用的前景进行了展望。

随着人类的发展与社会的进步,人们对身边的环境问题越来越重视,尤其是对有毒有害气体的检测,而金属氧化物气敏传感器就可以解决这一问题。金属氧化物半导体气体传感器由于小巧、成本低廉、使用便捷、响应迅速等特点而被广泛的研究与应用。三氧化钨(WO₃)作为一种典型的n型半导体气敏材料,因其独特的气敏性能在检测各种有毒有害气体方面引起了广泛关注。传感材料的结构与形貌、暴露晶面、氧化物和贵金属的引入对改善材料的气敏性能起着关键性的作用。总结了近几年对一维,二维和三维WO₃材料的合成、界面的调控和对其改性方法、气敏性能的研究及相关机理的分析,提出了目前基于WO₃的气敏传感器研究过程中存在的问题,并对其未来发展趋势进行了展望。

用X射线衍射仪和示差扫描热分析仪对比研究了350～700 ℃退火态Ti-45Ni-5Cu和Ti-50Ni形状记忆合金丝的相变行为。结果表明,退火态Ti-45Ni-5Cu和Ti-50Ni合金丝室温组成相皆为单斜结构的马氏体B19′;随退火温度升高,Ti-50Ni形状记忆合金丝的冷却/加热相变类型由B2→R→B19′/B19′→B2型向B2→B19′/B19′→B2型转变(B2,CsCl型结构;R,凌方结构;B19′,单斜结构),马氏体逆相变温度在72～80 ℃之间变化,相变热滞在41～33 ℃之间变化;Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝的冷却/加热相变类型始终保持B2→B19′/ B19′→B2型,马氏体逆相变温度在46～65 ℃之间变化,相变热滞在22～24 ℃之间波动。与Ti-50Ni形状记忆合金丝相比,Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金丝的相变类型稳定,相变温度低,相变热滞窄。拥有较窄相变热滞的Ti-45Ni-5Cu形状记忆合金可用于制作温敏动作器。

采用一种简便的常温反应法制备了金属元素Co掺杂的双金属MOF材料ZnCo-MOF,考察了煅烧温度对最终产物形貌和比表面积的影响。优化的合成工艺为:升温速率1 ℃/min,煅烧温度600 ℃,保温时间3 h。用XRD、FESEM、TEM、TGA、BET等测试手段对所得材料的结构和形貌进行了表征。结果表明,600 ℃煅烧MOF衍生材料形貌为多孔结构的菱形十二面体。将其制成旁热式气敏元件研究了煅烧温度对ZnO纳米材料丙酮气敏性能的影响。结果表明600 ℃煅烧3 h,含1.5%Co(摩尔比)掺杂的Co_0.015Zn_0.985O纳米材料在270 ℃最佳工作温度下对50×10^-6丙酮气体的响应值可以达到54,最低检测限为0.3 ×10^-6,且具有工作温度低、灵敏度高和选择性好等优点。

用XRD、光学显微镜、TEM、示差扫描量热仪和拉伸试验研究了时效温度(T_ag)对300、400、500、600 ℃各保温1h时效态Ti-51.1Ni形状记忆合金组织、相变、拉伸性能和形状记忆行为的影响。结果表明300~600 ℃时效态Ti-51.1Ni合金室温下由母相B2、马氏体B19′和析出相Ti₃Ni₄组成,显微组织形态呈等轴状,组织中存在Ti₃Ni₄析出相,随T_ag升高Ti₃Ni₄析出相的形貌由点状变为片状。随T_ag升高,Ti-51.1Ni合金冷却/加热相变类型由A→R/R→A型向A→R→M/M→A型向A→M/M→A型转变(A-母相B2,CsCl型结构;R-R相,菱方结构;M-马氏体B19′,单斜结构);R相转变温度(T_R)升高,M相转变温度(T_M)在500 ℃时效态后降低。随T_ag升高,合金的抗拉强度先升高后降低;伸长率先降低后升高。300、400 ℃时效态合金呈稳定超弹性(SE),500、600 ℃呈现形状记忆效应(SME)+ SE。要使Ti-51.1Ni合金常温下呈SE,需对合金进行300 ℃或400 ℃时效处理;要使该合金在常温下呈SME,需对合金进行500 ℃时效处理。

甲醛是一种典型的室内污染气体,严重危害人的身体健康。ZnSnO₃是一种钙钛矿结构的三元金属氧化物,在气敏材料中有广泛应用。通过一步水热法成功合成了不同rGO掺杂的ZnSnO₃复合材料,应用X射线衍射、红外光谱分析仪、扫描电子显微镜、热重分析仪、X射线光电子能谱分析仪和比表面积分析仪对复合材料的结构形貌,热稳定性,化学组成及比表面积等进行了表征,并对目标气体(乙醇、丙酮、氨气、苯以及甲醛)进行气敏性能研究。实验结果表明,rGO掺杂ZnSnO₃可以有效的改善ZnSnO₃的气敏性能,其中4%rGO/ZnSnO₃复合材料对30×10^-6甲醛气体具有最高的灵敏度(38.9),快速的响应恢复时间(112 s,15 s),及良好的选择性和稳定性。

形状记忆复合材料快速发展,其中具有良好生物相容性的聚乙烯醇(PVA)基形状记忆复合材料受到广泛关注。介绍了PVA基形状记忆复合材料的各类制备方法,包括物理共混法中的溶液浇铸法、循环冷冻解冻法、原位聚合共混法、物理嵌入法、层压复合法、共沉淀法及共混超临界干燥法等和化学交联方法,并详细讨论了上述制备方法的特点和研究进展。在此基础上,详细评述了PVA基形状记忆复合材料应用在生物医学领域如药物缓释、组织工程支架及光致传感器等方面的研究工作和最新发展动态,指出发展多刺激响应型、多功能化的PVA基复合材料是形状记忆复合材料的发展趋势,综合性能优异的PVA基形状记忆复合材料将在生物医用复合材料领域发挥重要作用。

采用水热法结合水浴法制备出了NiO/In₂O₃纳米复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等对其微观形貌和晶相进行表征分析。表征结果表明,制备所得In₂O₃纳米微球直径为200~300 nm,其表面均匀包覆厚度约为20 nm的NiO纳米片。气敏测试结果表明,基于NiO/In₂O₃异质结纳米复合材料的气体传感器对甲醛的最佳工作温度为220 ℃;在最佳工作温度下,对浓度为1×10^-5的甲醛气体响应可达到20,响应/恢复时间分别为4 s/16 s,且具有较好的重复性和选择性。最后,对分级结构及p-n异质结对其气敏机理进行了探讨。

羧甲基壳聚糖因其具有良好的水溶性和生物相容性,被广泛应用于生物医学领域。以天然可降解高分子羧甲基壳聚糖为载体,在引发剂过硫酸钾的作用下,通过自由基组合法将N-异丙基丙烯酰胺接枝到羧甲基壳聚糖上,然后在香草醛的交联作用下,采用乳化交联法制备一种负载光敏剂吲哚菁绿(ICG)的新型光热敏感型羧甲基壳聚糖微球,通过傅里叶红外(FT-IR)、核磁(¹H-NMR)及扫描电镜(SEM)对共聚物结构及微球形貌进行表征,考察了油水比、转速、香草醛、乳化时间对该纳米微球包载阿霉素载药量的影响,并研究了其光热性能。结果表明,FT-IR和¹H-NMR分析证明,N-异丙基丙烯酰胺成功接枝到羧甲基壳聚糖上;SEM分析可知,纳米微球外观呈球状,分布均匀,平均粒径为143 nm。油水比为20∶1,转速为600 r/min,香草醛量为1 mL,乳化时间3 h的微球载药量最高为19.32%。同时,通过改变外界环境条件,纳米微球能缓慢靶向释放药物,具有良好的光热敏感性,该纳米微球在药物控释及药物载体等领域有广泛的应用前景。

首先采用球磨法制备了不同粒度的Ni-Mn-Ga-Co合金粉末,然后通过3D打印技术成功制备了泡沫结构的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金。利用SEM、DSC和XRD等研究了合金的微观组织特征、物相结构、相变特性和相关的磁性行为。结果表明,球磨后经过分筛得到的不同粒径尺寸的合金粉末均为不规则形状。Ni-Mn-Ga-Co合金粉末在室温下为非调制四方马氏体结构,其特征峰十分明显。Ni-Mn-Ga-Co合金的DSC曲线上出现宽峰相变,添加Co元素对马氏体转变温度开始值(Ms)基本没有影响,但其居里温度(Tc)有显著的提高。采用粒径为50～100 μm的合金粉末烧结制备的磁性合金,饱和磁化强度最大可达68 Am²/kg。合金粉末粒径越小,烧结制备的多孔Ni-Mn-Ga-Co磁性形状记忆合金致密度越高。当合金粉末粒径<50 μm时,致密度可达90%;当合金粉末粒径为50～100 μm时,致密度仅为75%。相较于粒径较小的合金粉末,粒径较大的合金粉末制备的磁性合金磁感生应变能力更高,这是由于泡沫结构能够有效减少内部和外部的约束,从而有利于提高磁场诱导应变。

主要研究表面活性剂对磁流变液的的沉降稳定性能的影响。通过实验分析了不同种类和质量分数表面活性剂条件下的磁流变液样品性能上的差异,探究表面活性剂HLB值对磁流变液抗沉降稳定性的影响,发现随着HLB值的减小,磁流变液的沉降稳定性有所提高。此外,还引入了接触角概念,分析在磁流变液的制备过程中测量分散颗粒对基液的润湿性的影响,探究基于磁流变液的抗沉降稳定性的新的评价方法。

通过模拟不同含量的3～7次谐波工况,对薄规格取向硅钢(0.23 mm)谐波损耗性能、磁致伸缩进行了研究,并探索了谐波工况下材料的磁畴结构演变规律。结果表明,励磁场中的谐波成分使薄规格取向硅钢材料磁滞回环面积增大、数量增多,同时引起硅钢内部磁通密度变化加剧;随着谐波次数或含量增加,磁滞损耗和涡流损耗均持续上升,取向硅钢附加损耗明显增大,含量为30%的5次谐波下材料损耗相比于正弦波增加89.7%;谐波引起取向硅钢180°畴细化,90°畴容积分数减小,磁致伸缩振幅λ_p-p增大,同时振幅蝴蝶曲线出现畸变。

采用一步水热法合成了不同比例(0,1%,3%,5%,7%,9%(质量分数))异质分层结构的g-C₃N₄/SnO₂复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、 扫描(SEM)和透射(TEM)电子显微镜、BET比表面积测试和发致发光光谱(PL)对材料的晶体结构、形貌、化学组成和光学性能进行了表征。将制备的复合材料应用于气体传感器,对乙醇进行气敏性能测试。结果表明,复合5%(质量分数) g-C₃N₄的SnO₂气体传感器的最佳工作温度为270 ℃,对40×10^-6乙醇的灵敏度达到77.5,是纯SnO₂气体传感器的灵敏度的8.4倍。最后,对复合材料g-C₃N₄/SnO₂的气敏性能优化机理进行了分析讨论。

为研究超磁致伸缩材料的ΔE效应,采用Jiles-Atherton模型和磁弹性效应相结合的方法,提出了一种考虑动态应力影响及系数变化的磁化模型。分别对磁场和应力作用下超磁致伸缩材料的磁场-磁化关系和应力-磁化关系进行建模,并根据胡克定律以及二次畴转模型计算出材料在应力和磁场综合作用下的总应变,得到不同外加磁场下材料的应变-应力环。通过对应变-应力曲线斜率的计算,得到超磁致伸缩材料在不同外加磁场下,弹性模量随应力变化规律。搭建了应力测试装置,对不同磁场作用下Terfenol-D的磁化-应力响应和应变-应力响应测试,试验结果与模型计算结果基本一致,结果表明,ΔE效应是磁场能量和应力各向异性平衡的结果,Terfenol-D最大弹性模量变化达到513%。研究成果为新型机电系统变刚度设计提供了理论基础和调控手段。